中山大学本科生在机械工程领域顶刊发表创新性科研成果

摘要：近期，我校先进制造学院2022级本科生潘国鹏、林楚敏、关梓枫和刘海灵在准零刚度隔振超材料领域做出创新工作，研究成果以“High Load-Bearing Quasi-Zero Stiffness Metamaterials for Vibration Isol

近期，我校先进制造学院2022级本科生潘国鹏、林楚敏、关梓枫和刘海灵在准零刚度隔振超材料领域做出创新工作，研究成果以“High Load-Bearing Quasi-Zero Stiffness Metamaterials for Vibration Isolation”为题发表在中科院1区TOP期刊《International Journal of Mechanical Sciences》上，潘国鹏为论文第一作者，先进制造学院黄含教授和焦小磊副教授为共同作者。该工作基于国家级大学生创新创业训练计划项目“准零刚度一体化超低频隔振超材料”，由焦小磊副教授担任指导教师，最终获得良好结题。反映了先进制造学院在本科生培养方面所取得的突出成效。

先进制造学院创办于2021年，是国家先进制造体系建设的重要部分。学院以“面向国家重大战略需求、面向国家和区域经济社会发展、面向学术前沿、面向人民生命健康”为基本导向，立足“新工科人才培养”，落实立德树人根本任务，涵盖机械设计制造及自动化、机械电子工程、超精密制造、增材制造、机器人辅助制造技术、制造数字化和绿色制造等领域，以“超精密制造”“增材制造”、“智能制造”和“未来制造”为重点发展方向。

研究成果介绍

在工程应用中，传统隔振器通过降低刚度来提升低频隔振效果，但这会导致负载能力下降，无法满足重型机械、精密仪器的稳定运行需求。非线性准零刚度隔振器虽能实现 “高静态刚度、低动态刚度”，却因结构复杂、负载能力不足等问题限制了实际应用。

潘国鹏等学子创新性地将准零刚度机制与旋成体结构相结合，基于非均匀有理 B 样条（NURBS）理论设计出轴对称超材料单元，通过旋转与镜像对称构造三维结构，有效解决了传统设计的局限性，提出了旋成体式准零刚度隔振元胞的优化设计方法。利用光固化3D 打印技术制备了元胞，系统研究了材料属性、壁厚对隔振性能的影响，测试了准零刚度元胞和平台的性能。

旋转准零刚度超材料的研究与设计过程

实验结果表明，该隔振单元在 5-300 Hz 频率范围内实现了 92.2% 的隔振频段覆盖，其中 35-295 Hz 区间的振动衰减超过 - 20 dB，低频隔振性能显著优于传统方案。值得关注的是，单元的负载自重比高达 72.27，即在承载 18.79 kg 负载时自身仅重 0.26kg，展现出卓越的高承载能力。团队进一步通过多单元并联平台测试，验证了其在实际工况下的有效性，平台平均振动衰减率达 - 24.54 dB，为构建高承载比振动隔离系统提供了可行性方案。